Metabolismo de Nucleotídeos - Bioq Fisio

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Bioquímica Fisiológica
Metabolismo de Nucleotídeos
Estrutura dos Ácidos Nucleicos
● São polímeros de nucleotídeos;
● Os nucleotídeos são constituídos por:
○ Base nitrogenadas
○ Açúcar
○ Fosfato
Nos ácidos nucléicos os nucleotídeos estão interligados por meio de ligação fosfodiéster,
de maneira, que é formado um suporte de açúcar, fosfato, açúcar. Sendo que a cada unidade de
açúcar está ligada a uma base, que caracteriza o nucleotídeo em questão.
Nesta figura há mais detalhes
dos nucleotídeos:
Açúcar: é uma pentose, ou
seja, possui 5 átomos de
carbono, numerados de 1’ até
5’. No carbono 2’ pode-se
encontrar um hidroxila (OH),
formando uma ribose no RNA,
ou um átomo de H compondo,
então, a desoxirribose no DNA.
Fosfato: é um grupamento que
pode se ligar ao carbono 3’,
porém se liga mais comumente
ao carbono 5’. Podem estar
ligados 3 grupamentos fosfatos
entre si.
Bases Nitrogenadas: se ligam
ao carbono 1’ da pentose (açúcar) por meio de uma ligação N-β-glicosídica. Existem dois tipos de
bases nitrogenadas:
● Pirimidinas: composta/formada por um anel;
● Purinas: composta/formada por dois anéis adjacentes;
Com isso, pode-se inferir que o nucleotídeo é um Éster de fosfato de pentose, que
apresenta a base nitrogenada ligada ao Carbono 1’.
Bases Nitrogenadas
São compostos químicos que
apresentam nitrogênio na sua
estrutura. Sendo as Pirimidinas
compostas/formadas por um anel, e
dependendo dos grupamentos
ligados e da posição deles, podem
ser chamadas de Timina (T), Uracila
(U) e Citosina (C).
Já as Purinas são
compostas/formadas por dois anéis
adjacentes, e dependendo dos
grupamentos ligados e da posição
deles, podem ser chamadas de
Adenina (A) ou Guanina (G).
Nucleosídeos X Nucleotídeos
● Nucleosídeos: são compostos formados apenas pela base nitrogenada ligada ao açúcar
(pentose) através do carbono 1’.
● Nucleotídeos: são compostos formados pela base nitrogenada ligada ao açúcar por meio
do carbono 1’, e o fosfato ligado ao carbono 5’ do açúcar. Podendo ser um nucleotídeo de
purina ou pirimidina.
Nomenclatura (Nucleosídeo/nucleotídeo)
O nome do nucleotídeo deriva do nome do
nucleosídeo.
● Nucleosídeo é chamado de Adenosina;
● Nucleotídeo variam de acordo com a quantidade
de fosfato ligado, podendo ser:
○ Adenosina monofosfato (AMP);
○ Adenosina difosfato (ADP);
○ Adenosina trifosfato (ATP);
Importância dos Nucleotídeos
Diversos aspectos reforçam a importância dos nucleotídeos, como:
● Os nucleotídeos trifosfatados (NTPs) são precursores da síntese de RNA e os
nucleotídeos desoxirribonucleotídeos trifosfatados (dNTPs) são precursores da síntese de
DNA;
● Os nucleotídeos podem ser moléculas armazenadoras de energia química obtida nas
diferentes vias metabólicas, como ATP e GTP;
● Nucleotídeos atuando como reguladores metabólicos, como cAMP e modificações
covalentes introduzidas pelo ATP;
● Nucleotídeos como mensageiros secundários de vias de transdução de sinal, como cAMP
e cGMP (cíclico);
● Nucleotídeos podem ser componentes de coenzimas, como NAD+, FAD, Coenzima A,
NADP+, FMN e S-adenosil-metionina;
● Alguns derivados de nucleotídeos são intermediários ativados em diversas biossínteses,
como UDP-glicose (síntese de glicogênio), UDP-galactose (síntese de glicoproteínas),
CDP-diacilglicerol (síntese de fosfolipídeos);
● Os níveis de Tri-(ATP), di-(ADP) ou mono-(AMP) regulam parcialmente as vias
metabólicas;
Detalhes da estrutura do cAMP e cGMP
No cAMP e cGMP, o fosfato que está ligado ao carbono
5’ do açúcar (ribose), forma outra ligação com o carbono
3’ da ribose por meio da enzima Adenilato ciclase.
Detalhes da estrutura das Coenzimas NAD+/NADH+H e FAD/FADH2
● NAD: Nicotinamida adenina dinucleotídeo;
○ NAD= forma oxidada.
○ NADH= forma reduzida;
● FAD: Flavina adenina dinucleotídeo;
○ FAD= forma oxidada.
○ FADH2= forma reduzida;
Digestão de Ácidos Nucleicos
Pode-se encontrar nos alimentos ácidos nucleicos (forma livre) e nucleoproteínas, isso
porque nos cromossomos eucarióticos precisa-se da cromatina, que tem como unidade estrutural
o nucleossomo, que é a parte central de histonas que são proteínas, e ao redor desse núcleo de
histonas tem-se o enovelamento da molécula de DNA.
Então, a nucleoproteínas tem sua digestão iniciada no estômago e continua no lúmen
intestinal, podendo observar a liberação das histonas e das protaminas, que são digeridas como
qualquer outra proteína oriunda da dieta.
Os ácidos nucleicos, por sua vez, começam a ser digeridos no duodeno, não sendo
afetados pelas enzimas gástricas.
Degradação de Ácidos Nucleicos
Os ácidos nucleicos sofrem inicialmente de Desoxirribonucleases, ou Ribonucleases ou
Diesterases, que são enzimas que tem como objetivo clivar as ligações fosfodiésteres que
interligam os nucleotídeos.
Se essas enzimas atuam nas extremidades dos ácidos nucleicos, são denominadas de
EXONUCLEASES, ou se essas enzimas atuarem nas ligações internas dos nucleotídeos, são
denominadas de ENDONUCLEASES.
O resultado da ação dessas enzimas é uma Mistura de Nucleotídeos, que irão sofrer a
ação de Nucleotidases ou fosfatases não específicas, que convertem esses nucleotídeos em
numa Mistura de Nucleosídeos e fosfato livre.
A mistura de nucleosídeos sofrem a ação de nucleosidases, sendo convertidos em Mistura
de bases nitrogenadas e açúcar (ribose) livre.
Digestão e Absorção de Ácidos Nucleicos
Os ácidos nucleicos oriundos da dieta, podendo ser nucleoproteínas, sendo que as
proteínas serão digeridas como qualquer outra proteínas, e os ácidos nucleicos vão sofrer a ação
do pH ácido do estômago, sendo desnaturados, e, posteriormente, vão sofrer ação sequencial de
nucleases, fosfodiesterases, nucleotidases e nucleosidases, sendo convertidos no final à
grupamento fosfato livre, na açúcar (ribose ou desoxirribose) livre e bases nitrogenadas
(pirimidínicas e purínicas).
O açúcar é absorvido, já no caso das nucleosídeos, eles também são absorvidos por um
processo de difusão passiva.
As pirimidinas são absorvidas por difusão ou por mecanismos de transporte específicos de
transporte. Porém as purinas, principalmente as hipoxantina e xantina, são oxidadas a ácido
úrico, que é absorvido por difusão ou através de um sistema mediado por carreador, e vai ser,
então, eliminada através da urina.
Biossíntese de Nucleotídeos
As vias metabólicas para a síntese de nucleotídeos podem ser:
1. Via de novo;
2. Via de recuperação;
1- Via de novo
Inicia-se com a participação de alguns
precursores metabólicos como aminoácidos,
ribose-5-P, CO2 e NH3. Outro precursor
importante e simples é a Ribose ativada ou
PRPP (5-fosforibosil-α-pirofosfato).
Grande parte da energia necessária para
a síntese de nucleotídeos vem da quebra do
ATP.
As bases livres não são intermediárias nesta via.
Os “pools” de nucleotídeos (não incluindo o ATP) nas células são pequenos, ou seja, a
síntese de nucleotídeos se faz mais necessária quando a célula vai entrar em divisão celular.
Então, o PRPP é um doador de ribose-5-P tanto nas sínteses de pirimidina quanto na de
purina. Os aminoácidos, como a glicina, que é importante para a síntese de purina, já o ácido
aspártico é importante para a síntese de pirimidina. Além disso, o ácido aspártico junto com a
glutamina são fontes de grupamentos aminas na síntese de nucleotídeos.
2- Via de recuperação
Acontece a reciclagem das bases livres e
nucleosídeos liberados da degradação de
nucleotídeos.
Então, nesta via, por exemplo, pode-se ter
uma PRPP (ribose ativada) se ligando a uma
base reciclada ou reutilizada, assim, ocorrendo a
formação de nucleotídeos.
Resumo:
De uma maneira geral, a biossíntese de nucleotídeos pode ocorrer por duas vias
metabólicas como a via de novo e a via de recuperação. Na qual a via de novo, na síntese
nucleotídeos de purinas, tem como o primeiro nucleotídeo formado o IMP (Inosina
Monofosfato), e a partir deste IMP, tem-se a formação de AMP e/ou GMP (monofosfatados),
que por sua vez são gerados os nucleotídeos trifosfatos, como ATP e GTP. Já na síntese de
novo de nucleotídeos de pirimidinas, o primeiro nucleotídeoa ser formado é o UMP (Uridina
Monofosfato), que posteriormente pode ser convertido a UTP, que é um substrato para a síntese
CTP (Citidina Trifosfato), no entanto, o UMP também pode ter sua ribose convertida em
desoxirribose, sendo formado o dUMP, de maneira que no carbono 2’ da ribose ocorre a
substituição da hidroxila (OH) por um átomo de hidrogênio (H). E essa dUMP é substrato na
síntese de dTTP (Desoxi-Timidina Trifosfato ou somente timidina trifosfato).
Na via de recuperação vai acontecer o reaproveitamento das bases nitrogenadas purínicas
e pirimidínicas para haver a formação dos nucleotídeos correspondentes.
Biossíntese de nucleotídeo Purínico de novo (RNA e DNA)
Nesta síntese, acontece de modo que um anel purínico é sintetizado sobre a estrutura de
uma ribose-P.
Na estrutura dos anéis purínicos adjacentes existem 4 átomos de nitrogênio (N), de modo
que a purina se liga à ribose-P através de um desses átomos de nitrogênio.
Os átomos que compõe a purina:
● Nitrogênio 1: provém do aspartato;
● Nitrogênio 2 e 9: provém da amina do aminoácido glutamina;
● Nitrogênio 7 (junto com os carbonos 4 e 5): provém da glicina;
● Carbono 2 e 8: provém do N10-formil tetrahidrofolato;
● Carbono 6: provém do CO2;
A partir disso, o primeiro nucleotídeo formado é o IMP (Inosina monofosfato), na qual
essa formação se dá pelo fosfato, que está ligado no carbono 5’ da ribose, e no carbono 1’ da
ribose está ligado a base hipoxantina.
A partir do IMP são sintetizados ATP e GTP que vão ser incorporados nas moléculas de
RNA, e a partir de do ATP e GTP são gerados também os dATP e dGTP (desoxi-ATP ou GTP),
que irão ser incorporados nas moléculas de DNA.
Essa síntese tem 11 etapas.
Biossíntese de novo de IMP
1 - Ativação da Ribose-5-P
Essa biossíntese se inicia com a Ativação da Ribose-5-P provinda da via das pentoses,
que é convertida em 5-fosforibosil-α-pirofosfato (PRPP), ou seja, o pirofosfato se liga ao carbono
1’ da ribose.
O pirofosfato é provindo de uma reação de quebra da molécula de ATP, sendo catalisada
pela enzima Ribulose-fosfato-pirofosfato cinase (PRPP Sintetase). É uma etapa importante da
síntese de IMP, pois é regulada negativamente pela presença de ADP, GDP e IMP
2 - Aquisição do Átomo N9 da Purina
Essa segunda envolve a aquisição do átomo N9 da
purina, no qual a reação é catalisada pela enzima Amido
Fosforribosil-transferase, que catalisa a transferência do
grupamento amino do aminoácido glutamina + água para o
carbono 1’ do PRPP, resultando na formação do composto
β-5-fosforribosilamina, de modo que resulta também na
liberação de glutamato e pirofosfato.
Essa etapa é regulada positivamente pela presença de
PRPP, na qual estima a forma ativa da enzima Amido
Fosforribosil-transferase. Ao ser regulada negativamente
pela presença de IMP, ATP, ADP, AMP, GTP, GDP e GMP, leva
a enzima Amido Fosforribosil-transferase a formar dímero, ou
seja, um forma inativa ou menos ativa.
Com a formação da β-5-fosforribosilamina tem-se o primeiro composto que compõem a
purina, que é o N9 ligado ao carbono 1’ da ribose.
Nas etapas seguintes da biossíntese tem-se a incorporação dos outros átomos que
formam a estrutura do anel purínico.
Sendo os átomos de C4 e C5 e o N7 incorporados na etapa 3 a partir da glicina.
O C8 é incorporado na etapa 4 a partir do N10-formil tetrahidrofolato.
O N3 é incorporado na etapa 5 a partir da glutamina.
O C6 é incorporado na etapa 7 a partir do bicarbonato que se origina a partir do CO2.
O N1 é incorporado na etapa 8 e 9 (sequenciais) a partir do aspartato.
E o C2 é incorporado na etapa 10 a partir do N10-formil tetrahidrofolato.
Na etapa 11 acontece o fechamento do anel com a formação do IMP (Inosina
Monofosfato).
***Atenção: nas etapas 4 e 10 tem a participação do composto N10-formil tetrahidrofolato,
que é um doador de átomos de carbono. Esse composto é obtido a partir do ácido fólico,
oriundo da dieta.
Entretanto, as bactérias são capazes de sintetizar tetrahidrofolato, a partir do ácido
paraminobenzóico (PABA). Então, esse composto tetrahidrofolato também é importante
para as bactérias na síntese de timidina, de purinas e de tioninas.
Com isso, existe um análogo do PABA, chamado de Sulfonamida (antibiótico), que
atua bloqueando a ação da primeira enzima (pteridina sintetase) da biossíntese do
tetrahidrofolato nas bactérias. Desse modo, ao utilizar a sulfanilamida, a síntese de
nucleotídeos de purina não ocorrerá, assim, não tendo como haver replicação do DNA das
bactérias.
Os humanos não sintetizam o tetrahidrofolato, logo, não é afetado pelo tratamento
com sulfonamida.
Então, a partir do IMP, acontece a formação de AMP, com a substituição do átomo de
oxigênio por um grupamento amino. Para ocorrer a síntese de AMP necessita de aspartato e
GTP.
Ou acontece a formação de GMP, com a incorporação do grupamento amino em um
átomo de carbono. Para ocorrer a síntese de GMP necessita de glutamina e ATP.
Em relação a clínica médica: a utilização do ácido micofenólico, que é um inibidor
reversível da IMP-desidrogenase, que é enzima que catalisa a primeira etapa da via de formação
do GMP, ou seja, ao bloquear a síntese de GMP ocorre uma diminuição na formação de
nucleotídeos, de modo que não consiga manter a rápida proliferação dos linfócitos T e B, assim,
ficando insuficiente, permitindo, então, que a cirurgia de transplante seja bem sucedida. Logo,
esse fármaco é um imunossupressor que previne a rejeição de transplantes.
Coordenação das taxas de síntese de AMP e GMP
Como são nucleotídeos purínicos, devem apresentar quantidades equilibradas para
atender a síntese correta das moléculas de DNA nas células que estão se preparando para a
divisão.
Então, o AMP exerce uma regulação negativa na primeira etapa da sua própria síntese,
causando o bloqueio da enzima adenilsuccinato sintase. E o GMP também exerce uma regulação
negativa em sua síntese na primeira etapa, bloqueando a ação da enzima IMP-desidrogenase.
A partir do AMP há formação de ADP e depois ATP. Com o GMP é a mesma coisa, há
formação de GDP e depois GTP.
Sendo que o GTP é importante na síntese de AMP, e o ATP é importante na síntese de
GMP. Ou seja, isso garante que os dois nucleotídeos sejam sintetizados em quantidades
coordenadas.
Conversão de Nucleotídeos Purínico Monofosfato em Trifosfato
Os nucleotídeos AMP e GMP podem ser convertidos a seus respectivos nucleotídeos Di e
Trifosfatados (ADP e ATP/GDP e GTP).
Os nucleotídeos difosfatados são formados pela ação das enzimas Nucleosídeo
monofosfato quinases, que são específicas para cada uma das bases.
Já a formação dos nucleotídeos trifosfatados a partir dos difosfatados ocorre através da
enzima Nucleosídeo difosfato quinase, que é não específica.
Essas reações são impulsionadas pela regeneração do ATP e pela etapa de fosforilação
subsequente do diosfato pela enzima Nucleosídeo difosfato quinase.
Regulação da Biossíntese de Ribonucleotídeos Purínicos
● Via de síntese de IMP, ATP e GTP:
○ Reguladas individualmente de modo a controlar os pontos de regulação tem por
objetivo garantir as quantidades totais de ribonucleotídeos purínicos produzidos e as
quantidades relativas de ATP e GTP.
Então, os principais pontos de regulação envolvem a primeira etapa, que é catalisada pela
enzima PRPP sintetase com a formação do PRPP, sendo inibida na presença de IMP, ADP e
GDP.
A segunda etapa também é importante para a regulação desta via, na qual a enzima
Amidofosforribosil transferase, com a formação de fosforribosilamina, é regulada negativamente
(inibida) pela presença de IMP, AMP, ADP, ATP, GMP, GDP e GTP, e é regulada positivamente
(estimulada) pela presença de PRPP.
E na conversão de IMP em AMP e GMP, é regulada pelos próprios produtos, ou seja, AMP
regula negativamente a sua síntese, e o GMP regula negativamente a sua própria síntese
também.
Biossíntese de nucleotídeo Pirimidínico de novo (RNA e DNA)
Essa síntese se inicia com a síntese do anel pirimidínico.
Os átomos que formam o anel são fornecidos pelo Carbamoil fosfato (bicarbonato +
glutaminae ATP) e também pelo aspartato.
Uma vez formado este anel pirimidínico é condensado a uma molécula de PRPP,
formando, assim, o primeiro nucleotídeo OMP (Orotidina monofosfato), e em seguida é convertido
em UMP (Uridina monofosfato).
O UMP será fosforilado gerando UTP, que é substrato para a síntese de CTP que são
incorporados nas moléculas de RNA. O CTP também pode ser convertido a dCTP (desoxi CTP)
para ser incorporado na molécula de DNA. E o UTP também pode ser convertido em dUTP
(desoxi UTP), que sofrerá algumas reações para gerar o TTP, que também é incorporado na
molécula de DNA.
Nesta via envolvem 6 etapas.
1 - Síntese de Carbamoil Fosfato
O carbamoil fosfato é sintetizado a partir de 2 moléculas de ATP, do bicarbonato, da
glutamina e uma molécula de água, tendo com a enzima responsável por essa reação a
Carbamoil-fosfato sintetase II (CPS II).
Essa enzima se difere da enzima que participa da síntese da ureia, que é a CPS I, sendo
uma enzima mitocondrial, entretanto, a CPS II é citosólica. A CPS I tem como fonte de nitrogênio
a amônia, já a CPS II tem o grupamento amida da glutamina. A CPS I é ativada na presença de
N-acetil-glutamato, enquanto a CPS II é ativada por ATP e PRPP e inibida por UTP.
2 - Síntese de Carbamoil-Aspartato
Então, após a formação do Carbamoil Fosfato, ele é convertido a Carbamoil-Aspartato pela
ação da enzima Aspartato-transcarbamilase (ATCase).
Biossíntese de novo de UMP
Na etapa seguinte (etapa 3), ocorre o fechamento do anel, em seguida o anel é oxidado
(etapa 4), formando o orotato, que é condensado a uma molécula de PRPP (etapa 5), assim,
formando o nucleotídeo OMP (Orotidina monofosfato).
Na etapa 6, acontece uma etapa de descarboxilação da base pirimidínica (COO-) pela
ação da enzima OMP-descarboxilase, gerando a UMP (Uridina monofosfato).
A etapa 6, em mamíferos, é importante porque é um ponto de
regulação negativa pelo próprio UMP, que vai inibir a ação da
OMP-descarboxilase. E outro componente que também pode inibir em
menor extensão é o CMP.
Biossíntese de UTP
O nucleotídeo UMP é convertido a UTP em reações similares às que
são usadas AMP e GMP em ATP e GTP.
Contando com a participação das enzimas Nucleosídeo monofosfato
quinases específicas (conversão de UMP em UDP) e a enzima
Nucleosídeo difosfato quinase não específica (conversão de UDP em UTP).
O UTP é substrato para a síntese de CTP.
A CMP (citidina monofosfato) pode ser convertida em CTP por
reações similares também.
Biossíntese de CTP
O CTP é formado a partir de do UTP, numa reação catalisada pela
CTP-sintetase, na qual ocorre uma substituição de um átomo de oxigênio
por um grupamento amina (NH2), que por sua vez provém do aminoácido
glutamina.
A regulação negativa (inibição) acontece por meio do próprio CTP, já
a regulação positiva (estimulação) ocorre por meio da presença de GDP.
Regulação da Biossíntese de Ribonucleotídeos Pirimidínicos (mamíferos)
Os principais pontos da regulação da biossíntese de ribonucleotídeos pirimidínicos são na
etapa 1, 6 e na etapa da síntese de CTP.
Na etapa 1, catalisada pela enzima Carbamoil fosfato sintetase II (CPS II) é um ponto de
regulação, no qual o ATP e o PRPP são estimuladores desta enzima, entretanto, o UDP e o UTP
são inibidores desta enzima.
Na etapa 6, catalisada pela enzima OMP descarboxilase, é inibida pelo produto, que é o
UMP e em menor extensão pelo CMP.
E o último ponto de regulação é a etapa de conversão de UMP em CTP, que é catalisada
pela enzima CTP sintetase, sendo inibida, então, pelo seu produto, o CTP, e sendo estimulada na
presença de GDP.
Importante:
● O ATP promove a coordenação entre as vias de síntese de nucleotídeos de purina e
pirimidina.
● O PRPP estimula a síntese de nucleotídeos de purina e pirimidina.
Formação dos Desoxirribonucleotídeos
Os desoxirribonucleotídeos são sintetizados a partir de seus ribonucleotídeos
correspondentes pela redução de sua posição C2’,
numa reação catalisada pela enzima Ribonucleotídeo
redutase, que tem como substrato da reação o
ribonucleosídeo-5’-difosfato.
Então, ocorre a redução do carbono 2’ da ribose, na qual acontece a substituição da
hidroxila por um átomo de H.
A enzima Ribonucleotídeo redutase tem como coenzima o NADPH + H+.
Biossíntese de Desoxirribonucleotídeo
Os substratos da Ribonucleotídeo redutase são
os Ribonucleosídeos Difosfatados (dNDPs) (ADP, GDP,
CDP e UDP).
Os ribonucleotídeos monofosfatados (NMP ou
NTP e o TDP) não são substratos da enzima
Ribonucleosídeos Difosfatados.
Então, a ação da enzima Ribonucleotídeo
redutase leva a formação de desoxirribonucleotídeos
difosfatados (dADP, dGDP, dCDP e dUDP), que depois
são fosforilados (adição de ATP) para formar os
desoxirribonucleotídeos Trifosfatados (dATP, dGTP,
dCTP e TTP), que são necessários para a síntese de DNA.
***A etapa de conversão de dUDP não leva a
formação direta a TTP, existem mais etapas com
alguns detalhes.
***Os nucleotídeos difosfatados provém apenas
das vias metabólicas de novo, ou seja, a partir
dessa via é gerado AMP, GMP, UMP e CTP. No caso
do CTP é necessário ser desfosforilado para formar o CDP. Já os nucleotídeos AMP, GMP e
UMP necessitam ser fosforilados para serem substratos.
A enzima Ribonucleotídeo redutase atua na fase S do ciclo celular, ou seja, quando esses
dNDPs são necessários para a síntese de DNA. Essa enzima sofre inibição pela Hidroxiureia
(HU), que é um composto que pode ser utilizado no tratamento tanto de câncer quanto da AIDS.
As células expostas a HU param na fase G1 do ciclo celular, se mostrando mais sensíveis
ao tratamento de radiação.
E a inibição da Ribonucleotídeo redutase pela HU facilita a ação de quimioterápicos
análogos de nucleotídeos no tratamento tanto de câncer quanto da AIDS.
Ribonucleotídeo redutase de E. coli
● A ribonucleotídeo redutase de E. coli é formada por dois pares de dímeros (R1 e R2).
● Possui sítio de ligação ao substrato que são os nucleosídeos difosfatados (ADP, GDP, UDP
e CDP).
● Existem sítios alostéricos que irão regular tanto a especificidade quanto a sua atividade.
Então, o sítio de atividade vai determinar em que substrato a enzima irá atuar no momento.
○ Quando o sítio de especificidade estiver ocupado por ATP ou dATP (quando
estiver em excesso), tem-se uma maior redução de CDP e de UDP.
○ Se o sítio de especificidade da enzima
estiver ocupado por TTP, acontece uma
maior redução de GDP e uma menor
redução de CDP e UDP.
○ Se o sítio de especificidade estiver
ocupado por dGTP, ocorre uma maior
redução de ADP e uma menor redução
de CDP, UDP e GDP.
● O sítio de atividade controla a atividade global
da enzima.
○ Quando o sítio de atividade está ocupado
pelo ATP (estiver em excesso), ocorre
uma maior redução de todos os NDPs.
○ Quando o sítio de atividade está ocupado
pelo dATP, ocorre uma menor redução de
todos os NDPs.
Origem da Timina
A timina é formada numa reação
catalisada pela enzima Timidilato sintase,
que possui como substrato o dUMP (desoxi
UMP) e o N5,N10-Metileno-tetrahidrofolato
(derivado do ácido fólico).
Como produtos da reação tem-se o
TMP (Timidina monofosfato) que recebe
um grupamento metil no C5, e a formação
do Diidrofolato, que depois é regenerado a
N5,N10-Metileno-tetrahidrofolato.
O dUMP pode ser formado a partir da dUTP pela ação da enzima dUTPase, ou pode
derivar da dCMP pela ação da enzima desoxicitidina desaminase.
Regeneração do Tetrahidrofolato
O diidrofolato formado é reduzido novamente a tetrahidrofolato numa reação ligada ao
NADPH e catalisada pela enzima Diidrofolato redutase.
Então, a partir do N5,N10-Metileno-tetrahidrofolato com o dUMP sofrendo a ação da
enzima timidilato sintase, resultando na formação de TMP (timidina monofosfato) e Diidrofolato.
Com isso, precisa-se regenerar esse diidrofolato a N5,N10-Metileno-tetrahidrofolato. E acontece a
partir da enzima diidrofolato redutase que tem como coenzima a NADPH + H+, nessa reação é
formado o Tetrahidrofolato, que depois sofre a ação de uma outra enzima, a
serina-hidroximetil-transferase, resultando na regeneraçãodo N5,N10-Metileno-tetrahidrofolato.
Inibidores da Biossíntese de Desoxirribonucleotídeo de Timina.
● Fluorouracil: inibidor suicida. Esse composto no organismo é convertido a
5-fluorodeoxiuridina monofosfato, que, então, se liga a enzima timidilato sintase, assim,
desativando-a de modo irreversível.
● Antifolatos: Grupos de inibidores que atuam na via de regeneração do
N5,N10-Metileno-tetrahidrofolato, inibindo a enzima diidrofolato redutase por meio de
inibição competitiva, de modo a comprometer a síntese de TMP. Ex: metotrexato,
aminopterim, trimetoprim.
● Trimetoprima - ação antibacteriana e antifúngica;
● Pirimetamina - ação antiprotozoário;
● Metotrexato - ação antineoplásica, antipsoriática, antiinflamatória e
imunossupressora;
Ação dos Inibidores da Via Tetrahidrofolato
1. Sulfonamida: inibe a ação da enzima
Pteridina sintetase, bloqueando a
síntese de tetrahidrofolato em
bactérias. Esse composto é um
análogo do PABA (ácido
p-aminobenzóico).
2. Trimetoprima: inibidor competitivo com
o substrato da enzima Diidrofolato
redutase, que também participa da via
de síntese de tetrahidrofolato nas
bactérias. O efeito deste composto é
100 mil vezes mais potente sobre a
enzima bacteriana do que a enzima
humana.
***Existe um antibiótico muito potente no
mercado, chamado Bactrim (nome
comercial), que é a combinação da ação da
Trimetoprima com o Sulfametoxazol
(sulfonamida).
2- Via de recuperação
Via de Recuperação de Nucleotídeos Purínicos e Pirimidínicos
As vias de recuperação estão agrupadas de acordo com o composto que participa da reação.
Participação do PRPP: Nesta primeira etapa tem-se a reação de condensação das bases
purínicas e pirimidínicas livres com PRPP,
As enzimas que catalisam a condensação são as fosforribosil transferases, sendo
específicas para cada base nitrogenada:
● Adenina em AMP - Adenina fosforribosil transferase (APRT);
● Hipoxantina/Guanina em IMP/GMP - 2-Hipoxantina-guanina fosforribosil transferase
(HGPRT);
● Uracila em UMP - 3-Uracila fosforribosil transferase;
***A única enzima que atua em dois substratos é a 2-Hipoxantina-guanina fosforribosil
transferase (HGPRT), sendo os substratos guanina e hipoxantina.
Participação do ATP: Neste segundo conjunto de reações tem-se diferente nucleosídeos que
são fosforilados com a participação do ATP, em reações catalisadas por quinases específicas:
● (d)Adenosina em (d) AMP - 4-Adenosina quinase;
● dCitidina/dAdenosina/dGuanosina em dCMP/dAMP/dGMP - 5-Deoxicitidina quinase;
● Uridina/Citidina em UMP/CMP - 6-Uridina citidina quinase;
● Timidina em TMP - Timidina quinase;
***A adenosina quinase não reconhece como substrato a inosina e guanosina;
***A 6-uridina citidina quinase não reconhece a Orotidina como substrato;
***A 7-timidina quinase pode ser inibida pela alta concentração de TTP e estimulada por
vários dNDPs (desoxinucleotídeos difosfatados);
Participação da Ribose-1P: Neste terceiro conjunto de reações tem como substrato as bases
nitrogenadas livres que são ligadas a ribose-1P ou desoxirribose-1P, ocorrendo a formação dos
nucleosídeos correspondentes.
Essas reações são reversíveis.
● Hipoxantina/Guanina em Inosina/Guanosina - Purino nucleosídeo-fosforilase;
● Uracila em Uridina - Uridina fosforilase;
● Timina em Timidina - Timidina fosforilase;
***A Purino nucleosídeo-fosforilase que não atua sob a Adenosina;
***A Uridina fosforilase e a Timidina fosforilase que atuam, respectivamente, sob a uridina
e timidina, entretanto, a citidina não sofre a ação destas fosforilases.
***A dieta quase não contribui com as bases nitrogenadas e nucleotídeos para os tecidos.
Sendo a maior parte da contribuição provinda da síntese de novo (principalmente no
fígado).
Catabolismo de Purinas em Animais
● Observa-se que os diferentes nucleotídeos de purinas são degradados ao ácido úrico.
● O primeiro nucleotídeo purínico formado pela via metabólica de novo é o IMP (Inosina
monofosfato), e a partir deste IMP são formados o AMP e o GMP.
● Além disso, existem um quarto nucleotídeo, XMP (xantosina monofosfato).
● A diferença estrutural entre IMP e XMP, é que o XMP possui uma carbonila, na qual o IMP
não possui;
● O AMP pode ser convertido a IMP pela ação da enzima AMP-desaminase, e a Adenosina
pode ser convertida a inosina pela ação da enzima adenosina-desaminase;
Então, na primeira
etapa os nucleotídeos são
convertidos aos seus
nucleosídeos
correspondentes
(Adenosina, Inosina,
Xantosina e Guanosina) pela
ação de nucleotidases,
porém o AMP e a Adenosina
podem ser convertidos,
respectivamente, a IMP e a
Inosina por ação das
desaminases.
Após essas reações
têm-se os nucleosídeos
(Inosina, Xantosina e
Guanosina), que sofrem a
ação de
purina-nucleosídeos-fosforilases (PNPs), que vão clivar/quebrar a ligação entre a ribose a base
nitrogenada, ocorrendo a liberação de ribose-1P e das bases nitrogenadas correspondentes
(Hipoxantina, Xantina e Guanina).
Por fim, a Hipoxantina e Guanina são convertidas a Xantina. No caso da hipoxantina é
oxidada, ou seja, recebendo uma carbonila, e formando a Xantina. Já a guanina sofre a ação de
uma desaminase, que vai substituir o grupamento amina por uma carbonila.
Ainda pela ação da Xantina oxidase tem-se a oxidação desse último átomo de carbono,
desse modo, formando o ácido úrico.
Degradação de Ácido Úrico à Amônia
O ácido úrico é produto final do catabolismo de purinas em primatas, pássaros, répteis e
insetos, no entanto, ele pode continuar a ser degradado até a formação de amônia, sendo que
esse processo de degradação pode ser interrompido em diferentes estágios em diferentes
espécies.
Catabolismo de Pirimidinas em Animais
● UMP e TMP são degradados pelas mesmas enzimas;
● Os aminoácidos, produtos dessas reações, são utilizados em outros processos
metabólicos;
Partindo do UMP, que é o primeiro nucleotídeo pirimidínico formado pela via metabólica de
novo, que possui duas carbonilas em sua estrutura, quando ocorre a conversão em CMP uma
dessas carbonilas é substituída por um grupamento amino. E para formar timina, a UMP recebe
um grupamento metil.
No primeiro momento, acontece a ação de nucleotidases que convertem esses
nucleotídeos (CMP e UMP) em seus nucleosídeos correspondentes (Citidina e Uridina). No
entanto, a citidina será convertida a Uridina pela ação da enzima citidina desaminase. Então, no
final deste primeiro momento, o resultado será a formação de uridina e desoxitimidina.
A uridina e desoxitimidina sofrem a ação da uridina fosforilase, formando Uracil e Timina,
que por sua vez são convertidas, respectivamente, em Diidrouracil e Diidrotimina por uma enzima
desidrogenase (Diidrouracil-desidrogenase).
Os compostos Diidrouracil e Diidrotimina sofrem a ação da enzima Hidropirimidina
hidratase, de modo que o anel pirimidínico é clivado/quebrado, assim, formando o
β-Ureidoproprionato e o β-ureidoisobutirato, que em seguida são convertidos em β-alanina e
β-aminoisobutirato.
Os compostos β-alanina e β-aminoisobutirato podem sofrer a ação de uma
aminotransferase e serem convertidos a Semialdeído malônico e Semialdeído-metil-malônico,
que depois recebem a coenzima A, sendo convertidos a Malonil-CoA e Metilmalonil-CoA.
Metabolismo dos Nucleotídeos X Correlação Clínicas
O “pool” de nucleotídeos, excluindo o ATP, no meio intracelular é comumente baixo, no
entanto, de acordo com a demanda do ciclo celular ocorre um aumento considerável da síntese
de novo de nucleotídeos para garantir a replicação correta do DNA.
Com menor importância tem-se as vias de regeneração, que se utilizam de purinas e
pirimidinas que são resultantes do processo de degradação.
Então, os mecanismos de síntese e degradação devem ser regulados de forma correta, e
caso isso não ocorra surgem as doenças associadas a esse metabolismo de nucleotídeos.
Importância Clínica do Metabolismo de Purinas
● Problemas Clínicos - São predominantemente resultantes do catabolismo anormal das
purinas, com consequências leves a severas e desordens até mesmo fatais.
● Manifestações Clínicas - Surgem da insolubilidadedo ácido úrico.
● Hiperuricemia - Acúmulo excessivo de ácido úrico.
Gota
● É uma desordem associada à excreção comprometida ou à superprodução de ácido úrico.
● O primeiro relato da doença ocorreu na Grécia antiga.
● Estágios Iniciais: artrite não articular aguda recorrente;
● Estágios avançados: poliartrite crônica deformante e eventual complicação renal.
● Mais recorrente em homens adultos e raramente acomete mulheres na pré-menopausa.
Causa dos Sintomas: é por causa da precipitação de cristais de urato de sódio
monohidratado no fluido sinovial das articulações (inflamação grave e artrite), no rins e ureteres
os cristais são responsáveis pela formação de cálculos renais. Geralmente afeta articulações das
extremidades inferiores (95%) - dedão do pé.
Causa mais comum de Gota:
1. Aumento da Atividade PRPP Sintetase: é decorrente de um aumento da atividade da
PRPP Sintetase, enzima da primeira etapa da via de novo de nucleotídeos purínicos. Com
isso, ocorre o aumento de PRPP (produto da PRPP Sintetase) vai estimular ainda mais a
segunda enzima (amidofosforribosil transferase) desta via, resultando num excesso de
nucleotídeos purínicos, que por sua vez vai levar ao aumento do catabolismo, e
consequentemente um aumento na formação de ácido úrico.
2. Deficiência da Enzima de Recuperação HGPRT: acontece a deficiência parcial na
enzima de recuperação HGPRT (Hipoxantina-guanina fosforribosil transferase), que tem
como função recuperar as bases, hipoxantina e guanina, ligando-as ao PRPP para formar
IMP e GMP. Então, a deficiência parcial desta enzima leva a um acúmulo das purinas
(hipoxantina e guanina), que são degradadas, e resultam no aumento de ácido úrico.
***De acordo com o mecanismo de controle da via metabólica da via de novo de
nucleotídeos purínicos, o IMP e GMP são reguladores negativos (inibidores) das duas
primeiras etapas da via, com isso, a não formação de IMP e GMP por deficiência na enzima
HGPRT, diminuem o efeito inibitório das duas primeiras etapas, de modo a favorecer ainda
mais a formação de novos nucleotídeos purínicos.
Recomendações
● Evitar drogas que podem induzir a hiperuricemia: niacina (Vit B3), tiazidas e outros
diuréticos, baixas doses de aspirina, pirazinamida (tratamento de tuberculose), etambutol,
(tratamento de tuberculose), ciclosporina (droga imunossupressora), drogas citotóxicas;
● Evitar alimento ricos em purina: carne vermelha, fígado, rins, ostra, anchova, extratos de
carne, ervilha e feijão, aspargos, lentilha, cerveja, bebidas alcoólicas em geral;
● Estratégias Não Farmacológicas indicadas: perda de peso e controle do consumo de
álcool;
Tratamento
● Se baseia no fato da hiperuricemia ser devida tanto à superprodução como à excreção
diminuída de ácido úrico;
● São tomadas medidas paliativas, como uso de analgésicos para alívio dos sintomas, como
dor (indometacina);
● Fármacos Utilizados:
○ NSAIDS (drogas antiinflamatórias não esteróides, com efeitos analgésico e
antipirético);
○ Probenecid (Benemid): agente que uricosúrico, inibe a reabsorção tubular de ácido
úrico, mas não é eficaz nas crises agudas;
○ Alopurinol: um inibidor de xantina oxidase, inibe a produção de ácido úrico;
ALOPURINOL
● Utilizado na prevenção de crises de artrite e nefropatia relacionadas à gota;
● Inibidor da enzima Xantina Oxidase, prevenindo a formação de ácido úrico a partir de
purinas precursoras;
● É metabolizado a oxipurinol que também é um inibidor de xantina oxidase;
Catabolismo de purinas em animais
● Todos os diferentes nucleotídeos de purina são degradados a ácido úrico.
O alopurinol atua bloqueando a conversão da
xantina em ácido úrico.
Síndrome de Lesch-Nyhan
Além dos sintomas similares ao de Gota, os pacientes também apresentam sintomas
neurológicos (comprometimento mental) e automutilação (os pacientes mordem seus próprios
lábios e dedos).
É muito comum observar nesses pacientes a presença de cristais de urato nas fraldas, sendo
frequentemente encontrado no fluido sinovial das articulações.
● Defeito na produção ou atividade da enzima HGPRT, enzima que participa da via de
recuperação de hipoxantina guanina.
● O gene dessa enzima está localizado no cromossomo X, portanto a doença é limitada
praticamente aos homens.
Mais de 100 mutações descritas -> ligadas a perda da proteína HGPRT, perda da atividade
enzimática, “mutantes de KM”, proteínas com uma meia-vida menor.
➢ Atividade HGPRT < 2% do normal = deficiência mental.
➢ Atividade HGPRT < 0,2% do normal = comportamento de automutilação.
● Porque nessa síndrome ocorre hiperuricemia e produção excessiva de ácido úrico ?
Como essa síndrome está associada ao defeito no gene da HGPRT, resulta em uma menor
recuperação da hipoxantina guanina e em IMP e GMP. LOGO:
ocorre diminuição das vias de recuperação, aumento dos níveis de purina (hipoxantina e
guanina), aumento de PRPP e diminuição de IMP e GMP, e consequente aumento da síntese de
novo de nucleotídeos purínicos porque o PRPP é um ativador/estimulador, e o IMP e o GMP são
inibidores. Além disso, há aumento da degradação de purinas, com consequente aumento do
nível de ácido úrico, levando a um quadro de hiperuricemia
Importância clínica do metabolismo de piridinas
● Problemas Clínicos - resultantes de síntese anormal de UMP, como acidúria orótica.
● Drogas direcionadas para enzimas que atuam na síntese de UMP. Atuam inibindo a
atividade catalítica.
ACIDÚRIA ORÓTICA - Doença hereditária causada por uma deficiência na enzima multifuncional
que catalisa as 2 últimas etapas da síntese de pirimidina. Essa enzima multifuncional inibe a
atividade de orotato fosforibosil-transferase (que catalisa a reação do orotato ao PRPP) e inibe a
atividade de OMP-descarboxilase (atua descarboxilando OMP e formando UMP). O bloqueio
nessas duas etapas resulta no acúmulo de orotato.
● Aumenta a excreção de ácido orótico na urina.
● Sintomas: retardo no crescimento e anemia severa.
● Tratamento: administração de uridina ou citidina.
Uridina e citidina - substratos para a formação de UMP e CMP, respectivamente por quinases.
Importância clínica do metabolismo de nucleotídeos
● Células que se dividem rapidamente sintetizam muitas purinas e pirimidinas, enquanto
células com divisão mais lenta reutilizam essas bases.
● Como as células tumorais se dividem rapidamente, os inibidores do metabolismo de
nucleotídeos atuarão preferencialmente sobre elas.
● Drogas antitumorais e antivirais - efeitos na síntese de DNA, utilizando compostos que
tem como alvo a timidilato sintase (inibição suicida), a dihidrofolato redutase (inibição
competitiva) ou a ribonucleotídeo redutase. Podem ser análogos de nucleotídeos ou
análogos de folato.
Análogos de Nucleotídeos -> usados como agentes antitumorais, antivirais (inibem a
transcrição reversa ou replicação viral).
FIM :D